Drømmefladskærme med mirakelmateriale er lige om hjørnet

Det skorter ikke på superlativer, når kemikere og fysikere beskriver deres nye, lille yndling: grafen.

Verdens tyndeste materiale, 200 gange stærkere end stål og uovertruffen leder af varme og elektricitet. Det er bare nogle af grafens ekstreme egenskaber, som får forskerne til at kalde de ét atomlag tynde kulstof-flager for et mirakelmateriale.

De flotte tillægsord vil med garanti blive gentaget i København i dag og i morgen. Da er en række af Europas førende grafen-forskere samlet ved konferencen Carbonhagen 2011 for at diskutere, hvad de senest har opdaget ved grafen i deres laboratorier.

Grafen-fladskærme måske om et år

Snart kan det atom-tynde materiale dog forlade kitler og kolber og i stedet indtage pladsen foran din sofa i form af en endnu tyndere og hurtigere fladskærm, spår en af konferencens arrangører Bo Wegge Laursen.

For selvom det blot er syv år siden, at forskere blev i stand til at fremstille og undersøge grafen i fri form, er forskningen allerede kommet så langt, at de første skærme bygget med grafen snart kan være klar til at blive masseproduceret.

»Der behøver ikke at gå særlig lang tid, før man bruger gennemsigtige elektroder af grafen i kommercielle produkter. Det kan være, at grafen bliver brugt i fladskærme om et år,« siger lektor Bo Wegge Laursen, der selv forsker i grafen på Kemisk Institut ved Københavns Universitet.

Sydkoreanere bygger store grafen-ark

Forskerne har ellers længe bøvlet med at fremstille grafen i tilpas store stykker, men for et år siden var der godt nyt fra Sydkorea.

Der lykkedes det forskere fra Sungkyunkwan University i samarbejde med Samsung at fremstille 30-tommer store ark grafen, der kunne bruges til at bygge trykfølsomme skærme, som vi kender fra mobiltelefoner.

Sydkoreanerne brugte kemisk pådampning (Chemical Vapor Deposition) til at få grafen til at vokse på en kobber-rulle. Derefter brugte de et klæbende stykke plastik til at løfte et lag grafen af kobberet. For at gøre deres grafen-film stærkere gentog de processen, indtil de havde fire lag grafen oven på hinanden.

Bøjelige fladskærme og brudsikre mobiler

Sydkoreanernes metode gav altså ikke et perfekt enkeltlag af grafen, men ved efterfølgende at behandle grafen-sandwichen med salpetersyre, blev sydkoreanernes grafen-ark godt nok til at blive brugt som gennemsigtig elektrode.

»Man kan godt klare sig med en ’fattigmandsudgave’ af grafen, hvor flager af grafen er sat sammen i et netværk, fordi man i fladskærme ikke afhængig er af den super høje, fantastiske ledningsevne,« forklarer Bo Wegge Laursen.

Han anser koreanernes teknik som meget lovende og tror på, at grafen ud fra den metode kan erstatte indiumtinoxid, der i dag bruges som gennemsigtig elektrode i fladskærme, touch screens, LED-lamper og solceller.

Det vil være praktisk, fordi indiumtinoxid er et sjældent, dyrt og skrøbeligt materiale. Grafen består derimod af et enkelt lag kulstof, som er et af verdens mest almindelige grundstoffer. Grafen er desuden fleksibelt, og det baner vej for bøjelige fladskærme og mobiltelefoner, der kan tabes, uden at skærmen går i stykker.

Lange udsigter til computerchips af grafen

Til gengæld er der andre anvendelser af grafen, som vi kommer til at vente meget længere på, mener Bo Wegge Laursen.

»Det er helt klart, at det varer rigtig lang tid, før grafen afløser silicium i computerchips – hvis det nogensinde gør det. Det skyldes blandt andet, at mange af de særlige egenskaber, grafen har, baserer sig på, at grafen skabes i et enkelt, perfekt lag uden revner og folder,« siger han.

Dermed er sydkoreanernes teknik endnu ikke god nok til eksempelvis at bygge computerchips med. Den måde, hvorpå man kan lave de reneste stykker grafen, er den oprindelige metode, fra dengang grafen først blev fremstillet i fri form i år 2004.

Omstændigt at skabe perfekt grafen

Dengang tog en gruppe forskere fra University of Manchester i England ganske enkelt noget grafit og rev små flager af med et stykke tape – faktisk lidt ligesom man gør, når man skriver med en blyant, der jo også efterlader tynde lag grafit på papiret.

Når et passende areal af tapen har fanget lidt grafit, presses tapen mod et underlag, hvorpå der med lidt held vil blive efterladt et enkelt lag af grafen. Desværre har denne metode et lavt udbytte og duer derfor ikke til masseproduktion.

»Du kan jo ikke basere en industri på at have en milliard mennesker siddende med en blyant og et mikroskop og lede efter en flage,« som Bo Wegge Laursen siger.

Fremskridt afhænger af firmaer

For at grafen kan blive brugt til at skabe fremtidens lynhurtige computere, kræver det altså, at forskerne opfinder nogle nye metoder til at producere grafen af høj kvalitet i større mængder.

Desuden mangler forskerne også at finde ud af, hvordan man kan slukke for grafens ledningsevne, og hvordan man laver elektroniske kredsløb ud af grafen.

Det sker nok først, når de nuværende computerchips af silicium ikke kan udvikles yderligere, mener lektoren.

»Hvis silicium-teknologien virkelig møder en mur, hvor man ikke kan gøre den bedre, så vokser belønningen og dermed indsatsen for at finde alternativer. Men så længe det bare går derudad med silicium, hvorfor så for alvor lede efter noget nyt?«

»Selvfølgelig vil der være forskere, der vil forske i alternativer. Men der, hvor det virkelig vender, er, når industrien ser, at der er en grund til at gøre det,« konstaterer Bo Wegge Laursen.

Læs mere om grafens vidunderlige egenskaber i artiklen: Syv egenskaber gør grafen til mirakelmateriale